KR102295445B1

KR102295445B1 - 무방향성 전자 강판의 제조 방법과 모터 코어의 제조 방법 그리고 모터 코어

Info

Publication number: KR102295445B1
Application number: KR1020197023155A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 자이젠; 요시히코 오다; 토모유키 오쿠보
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2021-08-27
Also published as: EP3581665A4; CA3051823C; BR112019014799B1; MX2019009357A; CN110249063A; EP3581665B1; US20200010918A1; BR112019014799A2; US11104973B2; WO2018147044A1; KR20190104580A; TWI674322B; EP3974547A1; JPWO2018147044A1; EP3581665A1; JP6601646B2; TW201835338A; CA3051823A1

Abstract

mass％로, C: 0.0050％ 이하, Si: 2∼7％, Mn: 0.05∼2.0％, P: 0.2％ 이하, S: 0.005％ 이하, Al: 3％ 이하, N: 0.005％ 이하, Ti: 0.003％ 이하, Nb: 0.005％ 이하 및 V: 0.005％ 이하를 함유하는 강 슬래브를 열간 압연하고, 냉간 압연하고,마무리 어닐링하고, 변형 제거 어닐링하여 무방향성 전자 강판을 제조할 때, 상기 마무리 어닐링 후의 강판의 항복 응력이 400㎫ 이상, 상기 마무리 어닐링 후의 강판의 자속 밀도(B_50H)에 대한 상기 마무리 어닐링 후의 강판에 변형 제거 어닐링을 실시한 후의 자속 밀도(B_50S)의 비(B_50S/B_50H)가 0.99 이상이 되도록, 마무리 어닐링 및 변형 제거 어닐링의 조건을 조정함으로써, 마무리 어닐링 후는 고강도이고, 변형 제거 어닐링 후는 자속 밀도의 저하가 작은 무방향성 전자 강판을 얻는다. 또한, 상기 강판을 이용하여, 모터 코어를 제조한다.

Description

무방향성 전자 강판의 제조 방법과 모터 코어의 제조 방법 그리고 모터 코어{METHOD FOR PRODUCING NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET, METHOD FOR PRODUCING MOTOR CORE, AND MOTOR CORE}

본 발명은, 무방향성 전자 강판의 제조 방법과 모터 코어(motor core)의 제조 방법 그리고 모터 코어에 관한 것으로, 구체적으로는, 마무리 어닐링 후에 대한 변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도의 저하가 작은 무방향성 전자 강판과 그 무방향성 전자 강판을 이용한 모터 코어 제조 방법 그리고 모터 코어에 관한 것이다.

최근의 에너지 절약으로의 요구의 높아짐에 수반하여, 전기 기기의 하나인 회전기(모터)에 대한 고효율화의 요구가 강해지고 있고, 그 결과, 회전기의 철심(코어)에 사용되는 무방향성 전자 강판에 대해서도, 보다 우수한 자기 특성이 요구되고 있다. 또한, 최근에는, HEV 구동 모터 등에 있어서, 소형·고출력화에 대한 요구가 강하고, 이 요구를 충족하기 위해, 모터의 회전수는 상승하는 경향이 있다.

모터 코어는, 고정된 스테이터 코어(stator core)와 회전하는 로터 코어(rotor core)로 나뉘고, 외경이 큰 HEV 구동 모터와 같은 로터 코어에서는, 고속 회전에 의해 매우 큰 원심력이 작용하게 된다. 그러나, 로터 코어에는, 구조에 따라서는, 로터 코어 브리지부라고 불리는 매우 좁은 부분(1∼2㎜)이 존재한다. 그 때문에, 로터 코어에 사용되는 무방향성 전자 강판에는, 종래의 재료보다도, 고강도인 것이 요구된다. 한편, 모터의 소형화·고출력화를 달성하기 위해서는, 스테이터 코어가 사용되는 재료에는, 고자속 밀도·저철손(low iron loss)인 것이 요구된다.

따라서, 모터 코어에 사용되는 무방향성 전자 강판은, 로터 코어용으로는 고강도인 것, 한쪽의 스테이터 코어용으로는 고자속 밀도·저철손인 것이 이상적이다. 이와 같이, 동일한 모터 코어에 사용되는 전자 강판이라도, 로터 코어와 스테이터 코어에서는, 그 요구되는 특성이 크게 상이하지만, 모터 코어의 제조성이나 재료 수율을 높이기 위해서는, 펀칭 가공 등으로 동일한 소재로부터 로터 코어재와 스테이터 코어재를 동시에 채취하고, 적층하여 로터 코어 또는 스테이터 코어에 조립하는 것이 바람직하다.

그런데, 모터 코어, 특히, 스테이터 코어에는, 유저(모터 코어 제조 메이커)에 있어서, 자기 특성을 개선하기 위해, 변형 제거 어닐링을 실시하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 발명자들의 인식에 의하면, 마무리 어닐링 후의 자속 밀도(B₅₀)와 변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도(B₅₀)를 비교 조사한 결과, 변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도가 저하하는 경향이 있는 것이 확인되었다. 그러나, 이러한 강판은, 특히 높은 토크가 요구되는 스테이터용 강판으로서는 바람직하지 않다는 문제가 있다.

상기와 같이, 고강도이고 또한 자기 특성이 우수한 무방향성 전자 강판으로서, 예를 들면 특허문헌 1에는, 로터와 스테이터를 동일한 강판으로부터 펀칭하여 적층하고, 추가로 스테이터만을 변형 제거 어닐링하는 모터 코어의 공법에 사용되는, 판두께가 0.15㎜ 이상 0.35㎜ 이하이고, 변형 제거 어닐링 전에 있어서의 강판의 항복 강도가 600㎫ 이상, 변형 제거 어닐링 후의 철손(W_10/400)이 20W/㎏ 이하인 무방향성 전자 강판이 제안되어 있다.

일본공개특허공보 2008-50686호

상기 특허문헌 1의 기술은, 변형 제거 어닐링에 있어서의 결정립 성장을 촉진하기 위해, 강 중에 포함되는 Ti나 S, N, V, Nb, Zr, As 등의 불순물 원소를 매우 낮은 레벨까지 저감한 후에, 추가로 Ni를 0.5∼3mass％ 첨가하고 있다. 그러나, Ni는, 매우 고가의 원료이다. 또한, 상기 특허문헌 1에서는, 변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도에 대해서는, 검토가 일절 이루어져 있지 않다.

본원 발명은, 상기의 종래 기술을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 고가의 Ni를 첨가하는 일 없이, 마무리 어닐링 후는 고강도이고, 또한, 변형 제거 어닐링 후의 자기 특성이 우수한, 특히 자속 밀도의 저하가 작은 무방향성 전자 강판의 제조 방법과, 그 강판을 이용한 모터 코어의 제조 방법 그리고 모터 코어를 제안하는 것에 있다.

발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도(B₅₀)에 미치는 성분 조성 및 제조 조건의 영향에 착안하여 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 강 중의 불순물 원소를 최대한 저감한 후에, Si 함유량을 높임으로써, 마무리 어닐링 후의 강판을 고강도화할 수 있고, 또한, 상기 마무리 어닐링 후의 강판에, 승온 속도를 종래 기술보다 높인 변형 제거 어닐링을 실시함으로써 자속 밀도의 저하가 작고 또한 저철손의 자기 특성을 부여할 수 있는 것, 따라서, 1개의 마무리 어닐링 후의 강판으로부터, 고강도의 로터 코어재와, 저철손 또한 고자속 밀도의 스테이터 코어재를 동시에 채취할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

상기 인식에 기초한 본 발명은, C: 0.0050mass％ 이하, Si: 2∼7mass％, Mn: 0.05∼2.0mass％, P: 0.2mass％ 이하, S: 0.005mass％ 이하, Al:0mass％ 초과 3mass％ 이하, N: 0.005mass％ 이하, Ti: 0.003mass％ 이하, Nb: 0.005mass％ 이하 및 V: 0.005mass％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 열간 압연하고, 냉간 압연하고, 마무리 어닐링하고, 변형 제거 어닐링하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서,

상기 마무리 어닐링 후의 강판의 항복 응력이 400㎫ 이상, 상기 마무리 어닐링 후의 강판의 자속 밀도(B_50H)에 대한 상기 마무리 어닐링 후의 강판에 변형 제거 어닐링을 실시한 후의 자속 밀도(B_50S)의 비(B_50S/B_50H)가 0.99 이상이 되도록 마무리 어닐링 및 변형 제거 어닐링의 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법을 제안한다.

본 발명의 상기 무방향성 전자 강판의 제조 방법에 이용하는 상기 강 슬래브는, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 하기 A∼C군;

A군; Sn: 0.005∼0.20mass％ 및 Sb: 0.005∼0.20mass％로부터 선택되는 1종 또는 2종

B군; Ca: 0.001∼0.010mass％, Mg: 0.001∼0.010mass％ 및 REM: 0.001∼0.010mass％ 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상

C군: Cr: 0.01∼0.5mass％ 및 Cu: 0.01∼0.2mass％ 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종

중 적어도 1군의 성분을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 무방향성 전자 강판의 제조 방법은, 상기 변형 제거 어닐링의 조건을, 변형 제거 어닐링 후의 철손 W_10/400(W/㎏)이, 판두께 t(㎜)와의 관계에서, 하기 (1)식;

W_10/400≤10＋25t ···(1)

을 충족하도록 조정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 무방향성 전자 강판의 제조 방법은, 상기 변형 제거 어닐링의 조건을, 균열(soaking) 온도를 750∼950℃, 균열 시간을 0.1∼10hr, 600℃에서 상기 균열 온도까지의 승온 속도를 8℃/min 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 로터 코어재와 스테이터 코어재가 동일 소재로부터 채취하는 모터 코어의 제조 방법으로서, C: 0.0050mass％ 이하, Si: 2∼7mass％, Mn: 0.05∼2.0mass％, P: 0.2mass％ 이하, S: 0.005mass％ 이하, Al: 0mass％ 초과 3mass％ 이하, N: 0.005mass％ 이하, Ti: 0.003mass％ 이하, Nb: 0.005mass％ 이하 및 V: 0.005mass％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 항복 응력이 400㎫ 이상인 무방향성 전자 강판을 로터 코어로 하고, 또한 상기 무방향성 전자 강판에 변형 제거 어닐링을 실시하여 스테이터 코어로 하고, 상기 로터 코어의 자속 밀도(B_50H)에 대한 상기 스테이터 코어의 자속 밀도(B_50S)의 비(B_50S/B_50H)가 0.99 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 모터 코어의 제조 방법을 제안한다.

본 발명의 상기 모터 코어의 제조 방법에 이용하는 상기 무방향성 전자 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 하기 A∼C군;

중 적어도 1군의 성분을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 모터 코어의 제조 방법은, 상기 변형 제거 어닐링의 조건을, 변형 제거 어닐링 후의 철손 W_10/400(W/㎏)이, 판두께 t(㎜)와의 관계에서, 하기 (1)식;

W_10/400≤10＋25t ···(1)

을 충족하도록 조정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 모터 코어의 제조 방법은, 상기 변형 제거 어닐링 조건을, 균열 온도를 750∼950℃, 균열 시간을 0.1∼10hr, 600℃에서 상기 균열 온도까지의 승온 속도를 8℃/min 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 로터 코어재와 스테이터 코어재가 동일한 무방향성 전자 강판으로 이루어지는 모터 코어로서, C: 0.0050mass％ 이하, Si: 2∼7mass％, Mn: 0.05∼2.0mass％, P: 0.2mass％ 이하, S: 0.005mass％ 이하, Al: 3mass％ 이하, N: 0.005mass％ 이하, Ti: 0.003mass％ 이하, Nb: 0.005mass％ 이하 및 V: 0.005mass％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 로터 코어재의 항복 응력이 400㎫ 이상이고, 또한 상기 로터 코어의 자속 밀도(B_50H)에 대한 상기 스테이터 코어의 자속 밀도(B_50S)의 비(B_50S/B_50H)가 0.99 이상인 것을 특징으로 하는 모터 코어이다.

본 발명의 상기 모터 코어에 이용하는 상기 무방향성 전자 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 하기 A∼C군;

중 적어도 1군의 성분을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 모터 코어에 이용하는 상기 스테이터 코어재는, 철손 W_10/400(W/㎏)이, 판두께 t(㎜)와의 관계에서, 하기 (1)식;

W_10/400≤10＋25t ···(1)

을 충족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 마무리 어닐링 후는 고강도이고, 변형 제거 어닐링에 의한 자속 밀도의 저하가 작은 무방향성 전자 강판을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 동일 소재 강판으로부터 로터 코어재와 스테이터 코어재를 동시에 채취하는 것이 가능해져, 모터 코어의 고효율화나 생산성의 향상에 크게 기여한다.

도 1은 마무리 어닐링 후의 자속 밀도(B_50H)에 대한 변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도(B_50S)의 비(B_50S/B_50H)에 미치는 변형 제거 어닐링에 있어서의 승온 속도의 영향을 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

우선, 본 발명을 개발하는 계기가 된 실험에 대해서 설명한다.

변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도(B₅₀)에 미치는 변형 제거 어닐링 시의 승온 속도의 영향에 대해서 조사하기 위해, C: 0.0022mass％, Si: 3.1mass％, Mn: 0.54mass％, P: 0.01mass％, S: 0.0016mass％, Al: 0.6mass％, N: 0.0018mass％, O: 0.0023mass％, Ti: 0.0014mass％, Nb: 0.0006mass％ 및 V: 0.0015mass％를 함유하는 강을 진공로에서 용해하고, 강괴로 한 후, 열간 압연하여 판두께 2.0㎜의 열연판으로 하고, 상기 열연판에 950℃×30초의 열연판 어닐링을 실시한 후, 산 세정하고, 냉간 압연하여 판두께 0.25㎜의 냉연판으로 하고, 당해 냉연판에, 20vol％ H₂-80vol％ N₂의 비산화성 분위기하에서, 850℃의 온도로 10초간 유지하는 마무리 어닐링을 실시하여 무방향성 전자 강판으로 했다.

이어서, 상기 마무리 어닐링 후의 강판에 대해서, 25㎝ 엡스타인법(Epstein method)으로 자속 밀도(B₅₀)를 측정했다. 또한, 본 발명에서는, 이후, 상기 마무리 어닐링 후의 자속 밀도를, 「B_50H」라고도 표기한다.

또한, 상기 마무리 어닐링판으로부터, 압연 방향을 인장 방향으로 하는 JIS5호 인장 시험편을 채취하여, 인장 시험을 실시한 결과, 항복 응력은 480㎫이었다.

이어서, 상기 엡스타인 시험편에, N₂ 분위기하에서 825℃×2hr의 변형 제거 어닐링을 실시한 후, 재차, 25㎝ 엡스타인법으로 자속 밀도(B₅₀)를 측정했다. 이때, 600∼825℃ 사이의 승온 속도를 1∼50℃/min의 범위에서 여러 가지로 변화시켰다. 또한, 본 발명에서는, 상기 변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도를, 「B_50S」라고도 표기한다.

도 1에, 변형 제거 어닐링에 있어서의 600∼825℃ 사이의 승온 속도와, 마무리 어닐링 후의 자속 밀도에 대한 변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도의 비(B_50S/B_50H)의 관계를 나타냈다. 이 도면으로부터, 변형 제거 어닐링 시의 승온 속도를 8℃/min 이상으로 높임으로써, 변형 제거 어닐링에서의 자속 밀도의 저하가 억제되는 것을 알 수 있다. 이는, 승온 속도를 높임으로써, 변형 제거 어닐링 시에 자기 특성에 바람직한 {100}방위나 {110}방위의 입성장(grain growth)이 촉진됨으로써, 자속 밀도의 저하를 초래하는 {111}방위의 입성장이 억제되었기 때문으로 생각된다.

다음으로, 본 발명의 무방향성 전자 강판(제품판)의 성분 조성에 대해서 설명한다.

C: 0.0050mass％ 이하

C는, 탄화물을 형성하여 자기 시효(magnetic aging)를 일으켜, 제품판의 철손 특성을 열화시키는 유해 원소이기 때문에, 상한을 0.0050mass％로 제한한다. 바람직하게는 0.0030mass％ 이하이다. 또한, C는 낮을수록 바람직하고, 하한값은 특별히 규정하지 않는다.

Si: 2∼7mass％

Si는, 강의 고유 저항을 높여, 철손을 저감하는 것 외에, 강을 고용 강화하여 강도를 높이는 원소이기도 하기 때문에, 2mass％ 이상 첨가한다. 그러나, 7mass％를 초과하면, 압연하는 것이 곤란해지기 때문에, Si의 상한은 7mass％로 한다. 바람직하게는 2.5∼6.5mass％, 보다 바람직하게는 3.0∼6.0mass％의 범위이다.

Mn: 0.05∼2.0mass％

Mn은, Si와 마찬가지로, 강의 고유 저항과 강도를 높임과 함께, S에 기인한 열간 취성을 방지하는 데에 유효한 원소이다. 따라서, 본 발명에서는 0.05mass％ 이상 첨가한다. 그러나, 첨가량이 2.0mass％를 초과하면, 제강에서의 조업성이 악화되기 때문에, 상한은 2.0mass％로 한다. 바람직하게는 0.1∼1.5mass％, 보다 바람직하게는 0.1∼1.0mass％의 범위이다.

P: 0.2mass％ 이하

P는, 고용 강화능이 높기 때문에, 강의 강도(경도) 조정에 이용되는 원소이지만, 0.2mass％를 초과하면, 강이 취화하여 압연하는 것이 곤란해지기 때문에, 상한은 0.2mass％로 한다. 또한, 하한은 특별히 규정하지 않는다. 바람직하게는 0.001∼0.15mass％, 보다 바람직하게는 0.001∼0.10mass％의 범위이다.

Al: 0mass％ 초과 3mass％ 이하

Al은, 강의 비저항(specific resistance)을 높여, 철손을 저감하는 효과가 있다. 그러나, 3mass％를 초과하면, 압연하는 것이 곤란해지기 때문에, 상한은 3mass％로 한다. 단, Al의 함유량이 0.01mass％ 초과 0.1mass％ 미만의 범위에서는, 미세 AlN이 석출되어 철손이 증가하기 때문에, Al의 바람직한 범위는 0.01mass％ 이하, 혹은, 0.1∼2.0mass％의 범위이다. 특히, Al을 저감하면, 집합 조직이 향상되어 자속 밀도를 높일 수 있기 때문에, 상기 효과를 중시하는 경우는, Al을 0.01mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.003mass％ 이하이다.

S, N, Nb 및 V: 각각 0.005mass％ 이하

S, N, Nb 및 V는, 모두 탄화물이나 질화물, 황화물 등의 미세 석출물을 생성하여 변형 제거 어닐링 시의 입성장을 저해하고, 철손을 증가시키는 유해 원소이고, 특히, 0.005mass％를 초과하면, 상기 악영향이 현저해진다. 따라서, 상기 원소의 상한은, 각각 0.005mass％로 한다. 바람직하게는, 각각 0.003mass％ 이하이다.

Ti: 0.003mass％ 이하

Ti는, 미세한 탄질화물 등을 생성하여 석출하고, 변형 제거 어닐링 시의 입성장을 저해하고, 철손을 증가시키는 유해 원소로서, 특히 0.003mass％를 초과하면, 그 악영향이 현저해지기 때문에, 상한은 0.003mass％로 한다. 바람직하게는, 0.002mass％ 이하이다.

본 발명의 무방향성 전자 강판은, 상기 기본 성분에 더하여 추가로, 이하의 성분을 함유할 수 있다.

Sn, Sb: 각각 0.005∼0.20mass％

Sn 및 Sb는, 재결정 집합 조직을 개선하고, 자속 밀도나 철손 특성을 개선하는 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는, 각각 0.005mass％ 이상의 첨가가 필요하다. 한편, 합계로 0.20mass％ 초과 첨가해도, 상기 효과가 포화한다. 따라서, Sn 및 Sb를 첨가하는 경우는, 각각 0.005∼0.20mass％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.01∼0.05mass％의 범위이다.

Ca, Mg, REM: 각각 0.001∼0.010mass％

Ca, Mg 및 REM은, 안정적인 황화물, 셀렌화물을 형성하여, 변형 제거 어닐링 시의 입성장성을 개선하는 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는 0.001mass％ 이상의 첨가가 필요하고, 한편, 0.010mass％ 초과 첨가하면, 개재물이 증가하기 때문에, 오히려 철손 특성이 열화하기 때문에, Ca, Mg, REM을 첨가하는 경우는, 각각 0.001∼0.010mass％의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각 0.002∼0.005mass％의 범위이다.

Cr: 0.01∼0.5mass％

Cr은, 고유 저항을 상승시켜, 철손을 저하시키는 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는 0.01mass％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, 0.5mass％를 초과하면, 원료 비용이 상승하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, Cr을 첨가하는 경우는, 0.01∼0.5mass％의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.1∼0.4mass％의 범위이다.

Cu: 0.01∼0.2mass％

Cu는, 집합 조직을 개선하여, 자속 밀도를 향상시키는 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는 0.01mass％ 이상의 첨가가 필요하다. 한편, 0.2mass％를 초과하면, 상기 효과가 포화해 버린다. 따라서, Cu를 첨가하는 경우는, 0.01∼0.2mass％의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.05∼0.15mass％의 범위이다.

또한, 상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다.

다음으로, 본 발명의 무방향성 전자 강판(제품판)의 기계적 특성 및 자기 특성에 대해서 설명한다.

마무리 어닐링 후(변형 제거 어닐링 전)의 항복 응력: 400㎫ 이상

마무리 어닐링 후의 강판을 강도가 요구되는 로터 코어재로서 이용하기 위해서는, 항복 응력이 400㎫ 이상인 것이 필요하다. 400㎫ 미만에서는, HEV 구동 모터 등에서 받는 고속 회전에 의한 원심력에 견딜 수 없을 우려가 있다. 바람직한 항복 응력은 450㎫ 이상이다. 여기에서, 상기 항복 응력은, 강판의 압연 방향으로 인장 시험했을 때의 상(上) 항복점을 말한다. 또한, 인장 시험에 이용하는 시험편이나 시험 조건은, JIS에 준거하면 좋다.

B_50S/B_50H: 0.99 이상

본 발명의 무방향성 전자 강판은, 변형 제거 어닐링에 의한 자기 특성, 특히 자속 밀도의 저하가 작은 것을 특징으로 하고 있고, 구체적으로는, 변형 제거 어닐링 전의 자속 밀도(B_50H)에 대한 변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도(B_50S)의 비(B_50S/B_50H)가 0.99 이상인 것이 필요하다. 상기 (B_50S/B_50H)가 0.99 미만에서는, 스테이터 용도로서, 요구 토크가 미달이 되기 때문이다. 바람직한 B_50S/B_50H는 0.995 이상이다.

변형 제거 어닐링 후의 철손(W_10/400): 10＋25t(㎜) 이하

본 발명의 무방향성 전자 강판은, 변형 제거 어닐링 후의 상기 철손 W_10/400(주파수: 400㎐, 자속 밀도 B＝1.0T)이, 판두께 t(㎜)와의 관계에 있어서, 하기 (1)식;

W_10/400(W/㎏)≤10＋25t(㎜) ···(1)

을 충족하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 W_10/400은, 10＋20t 이하이다.

변형 제거 어닐링 후의 상기 철손(W_10/400)이, 상기 범위를 벗어나면, 스테이터 코어의 발열이 커져, 모터 효율이 현저하게 저하해 버리기 때문이다.

또한, 본 발명에서, 철손 특성의 지표로서 철손(W_10/400)을 이용하는 이유는, HEV 구동 모터의 구동·제어 조건에 맞추기 위함이다.

여기에서, 본 발명에 있어서는, 마무리 어닐링 후의 강판에 실시하는 상기 변형 제거 어닐링은, 균열 온도를 750∼950℃, 균열 시간을 0.1∼10hr, 600℃에서 상기 균열 온도까지의 승온 속도를 8℃/min 이상으로 하는 조건으로 행하는 것으로 한다. 또한, 모터 코어의 제조에 있어서, 상기 변형 제거 어닐링은, 코어 형상으로 조립한 후에 실시하는 것이 일반적이고, 변형 제거 어닐링 후의 자기 특성은 직접 측정할 수 없다. 그래서, 본 발명에 있어서는, 상기 변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도(B_50S) 및 철손(W_10/400)은, 마무리 어닐링 후의 강판에 변형 제거 어닐링을 모의한 조건으로 열처리를 실시한 후의 자속 밀도 및 철손으로 대체한다. 또한, 보다 바람직한 균열 온도는, 800∼900℃, 균열 시간은 0.5∼2hr의 범위이고, 보다 바람직한 승온 속도는 10℃/min 이상이다.

다음으로, 본 발명의 무방향성 전자 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 무방향성 전자 강판은, 본 발명에 적합한 상기 성분 조성을 갖는 강을 전로(convertor)나 전기로, 진공 탈가스 장치 등을 이용한 통상 공지의 정련 프로세스로 용제하고, 연속 주조법(continuous casting process) 혹은 조괴-분괴 압연법(ingot-blooming process)으로 강 슬래브로 한 후, 당해 강 슬래브를 통상 공지의 방법으로 열간 압연하여 열연판으로 하고, 당해 열연판에 필요에 따라서 열연판 어닐링을 실시한 후, 냉간 압연하고, 마무리 어닐링을 실시하여 제조할 수 있다.

여기에서, 상기의 열연판 어닐링을 실시하는 경우는, 균열 온도는 800∼1100℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. 800℃ 미만에서는, 열연판 어닐링의 효과가 작아, 충분한 자기 특성의 개선 효과가 얻어지지 않고, 한편, 1100℃를 초과하면 비용적으로 불리해질 뿐만 아니라, 결정립이 조대화하여(coarsened), 냉간 압연 시의 취성 파괴를 조장하기 때문이다. 보다 바람직한 열연판 어닐링의 균열 온도는 850∼1000℃의 범위이다.

열간 압연 후 혹은 열연판 어닐링 후의 냉간 압연은, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 최종 판두께로 하는 냉간 압연(최종 냉간 압연)은, 자속 밀도를 높이는 관점에서, 200℃ 이상의 온간 압연으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 냉간 압연에 있어서의 최종 판두께는, 0.1∼0.3㎜의 범위로 하는 것이 바람직하다. 0.1㎜ 미만에서는 생산성이 저하하고, 0.3㎜ 초과에서는, 철손의 저감 효과가 작기 때문이다. 보다 바람직하게는 0.15∼0.27㎜의 범위이다.

최종 판두께로 한 냉연판에 실시하는 마무리 어닐링은, 700∼1000℃의 범위에서 1∼300초간 균열하는 연속 어닐링으로 하는 것이 바람직하다. 균열 온도가 700℃ 미만에서는, 재결정이 충분히 진행되지 않아, 양호한 자기 특성이 얻어지지 않는 것에 더하여, 연속 어닐링에 있어서의 형상 교정 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 1000℃를 초과하면, 결정 입경이 조대화하여, 강판 강도가 저하해 버리기 때문이다. 또한, 마무리 어닐링 후의 강판에, 로터 코어용으로서의 강도를 부여하기 위해서는, 마무리 어닐링에 있어서의 균열 온도, 균열 시간은, 상기 범위 내 또한 철손 특성 및 형상이 허락되는 범위에서, 가능한 한 저온·단시간으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 마무리 어닐링 조건은, 750∼900℃×10∼60초이다.

상기 마무리 어닐링 후의 강판은, 그 후, 적층 시의 절연성을 확보하기 위해, 및/또는, 펀칭성을 개선하기 위해, 표면에 절연 피막을 피성(被成)하는 것이 바람직하다. 상기 절연 피막은, 양호한 펀칭성을 확보하기 위해서는, 수지를 함유하는 유기 피막으로 하는 것이 바람직하고, 한편, 용접성을 중시하는 경우에는, 반유기(semi-organic)나 무기 피막으로 하는 것이 바람직하다.

상기 마무리 어닐링 후의 강판 혹은 절연 피막을 피성한 강판은, 항복 응력이 400㎫ 이상인 고강도를 갖기 때문에, 로터 코어의 소재로서 적합하고, 펀칭 가공 등으로 코어 형상(로터 코어재)으로 가공하고, 적층하여 로터 코어로 할 수 있다.

한편, 스테이터 코어에는 저철손, 고자속 밀도인 것이 요구되기 때문에, 상기 강판을 펀칭 가공 등으로 코어(스테이터 코어재) 형상으로 하고, 적층하여 로터 코어로 한 후, 변형 제거 어닐링을 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 모터 코어를 제조함에 있어서, 본 발명에 있어서 중요한 것은, 변형 제거 어닐링 전의 자속 밀도(B_50H)에 대한 변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도(B_50S)의 비(B_50S/B_50H)가 0.99 이상인 조건을 안정적으로 충족하기 위해서는, 동일한 강판으로부터 스테이터 코어재와 로터 코어재를 동시에 채취하는 것이 필요하다는 것이다. 상이한 소재로부터 스테이터 코어재와 로터 코어재를 채취하면, (B_50S/B_50H)가 0.99 미만이 될 확률이 높아지기 때문이다. 또한, 상이한 소재로부터 채취하여 (B_50S/B_50H)가 0.99 이상인 조건을 만족시킨 경우라도, 스테이터 코어재와 로터 코어재를 각각 채취한 후의 불필요한 부분이 많아져, 재료 수율이 대폭으로 악화되어 비용이 증대해 버리기 때문이다.

여기에서, 상기 변형 제거 어닐링은, 전술한 바와 같이, 불활성 가스 분위기 중에서, 750∼950℃×0.1∼10hr의 조건으로 행하는 것이 바람직하고, 800∼900℃×0.5∼2hr으로 행하는 것이 보다 바람직하다. 어닐링 온도가 750℃ 미만 및/또는 어닐링 시간이 0.1hr 미만에서는, 입성장이 불충분하여, 변형 제거 어닐링 후의 철손의 개선 효과가 얻어지지 않고, 한편, 어닐링 온도가 950℃ 초과 및/또는 어닐링 시간이 10hr 초과에서는, 절연 피막이 파괴되기 때문에, 강판 간의 절연성을 확보하는 것이 곤란해져, 철손이 증가하기 때문이다.

또한, 전술한 바와 같이, 이 변형 제거 어닐링에 있어서는, 600℃에서 변형 제거 어닐링 온도까지의 승온 속도는 8℃/min 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 10℃/min 이상이다.

상기에 설명한 바와 같이, 본 발명의 무방향성 전자 강판은, 마무리 어닐링 후의 항복 응력이 높고, 또한, 변형 제거 어닐링에서의 자속 밀도의 저하가 작은 특성을 갖고 있기 때문에, 1개의 소재로부터, 고강도가 요구되는 로터 코어와, 저철손 또한 고자속 밀도가 요구되는 스테이터 코어의 양쪽을 제조할 수 있다.

실시예 1

표 1에 나타내는 각종 성분 조성을 갖는 강을 용제하고, 강 슬래브로 한 후, 1100℃에서 30분간 가열한 후, 열간 압연하여 판두께 1.8㎜의 열연판으로 했다. 그 후, 상기 열연판에, 980℃×30초의 열연판 어닐링을 실시한 후, 1회의 냉간 압연으로, 표 2에 나타내는 최종 판두께의 냉연판으로 하고, 그 후, 표 2에 나타내는 온도로 10초간 유지하는 마무리 어닐링을 실시하여, 무방향성 전자 강판으로 했다.

이어서, 상기 마무리 어닐링 후의 강판으로부터, L:280mm×C:30㎜의 L 방향(압연 방향) 샘플 및 C:280mm×L:30㎜의 C 방향(압연 방향에 직각 방향) 샘플을 잘라내어, 엡스타인 시험을 행하고, 자속 밀도(B_50H)를 측정했다.

또한, 상기 마무리 어닐링판의 L 방향으로부터 JIS13호 인장 시험편도 아울러 채취하여, 인장 시험을 행했다.

이어서, 상기 엡스타인 시험 후의 시험편에, N₂ 분위기하에서, 표 2에 나타내는 승온 속도, 균열 온도, 균열 시간의 변형 제거 어닐링을 모의한 열처리를 실시한 후, 재차, 엡스타인 시험을 행하고, 변형 제거 어닐링 후의 자속 밀도(B_50S)를 측정하고, B_50H와의 비를 산출했다. 또한, 동시에, 변형 제거 어닐링 후의 철손(W_10/400)도 측정했다.

상기 측정 결과를 표 2에 병기했다. 이 결과로부터, 본 발명의 방법으로 제조한 무방향성 전자 강판은, 마무리 어닐링 후는 고강도이고, 변형 제거 어닐링 후는, 저철손·고자속 밀도가 우수한 자기 특성을 갖고 있고, HEV 구동용 모터 등의 모터 코어에 이용하기에 적합한 특성을 갖고 있는 것을 알 수 있다.

실시예 2

상기 마무리 어닐링 후의 무방향성 전자 강판의 각각으로부터, 1조의 로터 코어 및 스테이터 코어를 제작하고, 추가로, 상기 조립한 스테이터 코어에는 N₂ 분위기하에서, 600℃∼850℃까지를 10℃/min으로 승온하고, 850℃에서 1hr 유지하는 변형 제거 어닐링을 실시한 후, 1개의 IPM 모터에 조립하여, 모터 효율을 측정했다. 또한, 상기의 측정에 이용한 IPM 모터는, 스테이터 외경: 150㎜, 적층 두께: 25㎜이고, 모터 출력: 300W의 것이다. 또한, 측정 조건은, 1500rpm, 2Nm으로 구동시켜, 동일 출력에서의 모터 효율을 측정했다.

상기 측정 결과를, 표 2 중에 병기했다. 이 결과로부터, 본 발명의 강판으로부터 제조한 모터는, 모터 효율이 안정적으로 높은 것을 알 수 있다.

Claims

C: 0.0050mass％ 이하, Si: 2∼7mass％, Mn: 0.05∼2.0mass％, P: 0.001∼0.2mass％, S: 0.005mass％ 이하, Al: 0mass％ 초과 3mass％ 이하, N: 0.005mass％ 이하, Ti: 0.003mass％ 이하, Nb: 0.005mass％ 이하 및 V: 0.005mass％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 열간 압연하고, 냉간 압연하고, 마무리 어닐링하고, 변형 제거 어닐링하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서,
상기 마무리 어닐링 후의 강판의 항복 응력이 400㎫ 이상, 상기 마무리 어닐링 후의 강판의 자속 밀도(B_50H)에 대한 상기 마무리 어닐링 후의 강판에 변형 제거 어닐링을 실시한 후의 자속 밀도(B_50S)의 비(B_50S/B_50H)가 0.99 이상이 되도록 마무리 어닐링 및 변형 제거 어닐링의 조건을 조정하며,
상기 변형 제거 어닐링의 조건을, 균열 온도를 750∼950℃, 균열 시간을 0.1∼10hr, 600℃에서 상기 균열 온도까지의 승온 속도를 8℃/min 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 강 슬래브는, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 하기 A∼C군 중 적어도 1군의 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
기
A군; Sn: 0.005∼0.20mass％ 및 Sb: 0.005∼0.20mass％로부터 선택되는 1종 또는 2종
B군; Ca: 0.001∼0.010mass％, Mg: 0.001∼0.010mass％ 및 REM: 0.001∼0.010mass％ 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상
C군: Cr: 0.01∼0.5mass％ 및 Cu: 0.01∼0.2mass％ 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 변형 제거 어닐링의 조건을, 변형 제거 어닐링 후의 철손 W_10/400(W/㎏)이, 판두께 t(㎜)와의 관계에서, 하기 (1)식을 충족하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
W_10/400≤10＋25t ···(1)
삭제
로터 코어재와 스테이터 코어재가 동일 소재로부터 채취하는 모터 코어의 제조 방법으로서, C: 0.0050mass％ 이하, Si: 2∼7mass％, Mn: 0.05∼2.0mass％, P: 0.001∼0.2mass％, S: 0.005mass％ 이하, Al: 0mass％ 초과 3mass％ 이하, N: 0.005mass％ 이하, Ti: 0.003mass％ 이하, Nb: 0.005mass％ 이하 및 V: 0.005mass％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 항복 응력이 400㎫ 이상인 무방향성 전자 강판을 로터 코어로 하고, 또한 상기 무방향성 전자 강판에 변형 제거 어닐링을 실시하여 스테이터 코어로 하고, 상기 로터 코어의 자속 밀도(B_50H)에 대한 상기 스테이터 코어의 자속 밀도(B_50S)의 비(B_50S/B_50H)가 0.99 이상으로 하며,
상기 변형 제거 어닐링의 조건을, 균열 온도를 750∼950℃, 균열 시간을 0.1∼10hr, 600℃에서 상기 균열 온도까지의 승온 속도를 8℃/min 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 모터 코어의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 무방향성 전자 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 하기 A∼C군 중 적어도 1군의 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 모터 코어의 제조 방법.
기
A군; Sn: 0.005∼0.20mass％ 및 Sb: 0.005∼0.20mass％로부터 선택되는 1종 또는 2종
B군; Ca: 0.001∼0.010mass％, Mg: 0.001∼0.010mass％ 및 REM: 0.001∼0.010mass％ 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상
C군: Cr: 0.01∼0.5mass％ 및 Cu: 0.01∼0.2mass％ 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 변형 제거 어닐링의 조건을, 변형 제거 어닐링 후의 철손 W_10/400(W/㎏)이, 판두께 t(㎜)와의 관계에서, 하기 (1)식을 충족하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 모터 코어의 제조 방법.
W_10/400≤10＋25t ···(1)
삭제
제5항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된, 로터 코어재와 스테이터 코어재가 동일한 무방향성 전자 강판으로 이루어지는 모터 코어로서, C: 0.0050mass％ 이하, Si: 2∼7mass％, Mn: 0.05∼2.0mass％, P: 0.001∼0.2mass％, S: 0.005mass％ 이하, Al: 0mass％ 초과 3mass％ 이하, N: 0.005mass％ 이하, Ti: 0.003mass％ 이하, Nb: 0.005mass％ 이하 및 V: 0.005mass％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 로터 코어재의 항복 응력이 400㎫ 이상이고, 또한 상기 로터 코어의 자속 밀도(B_50H)에 대한 상기 스테이터 코어의 자속 밀도(B_50S)의 비(B_50S/B_50H)가 0.99 이상인 것을 특징으로 하는 모터 코어.
제9항에 있어서,
상기 무방향성 전자 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 하기 A∼C군 중 적어도 1군의 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 모터 코어.
기
A군; Sn: 0.005∼0.20mass％ 및 Sb: 0.005∼0.20mass％로부터 선택되는 1종 또는 2종
B군; Ca: 0.001∼0.010mass％, Mg: 0.001∼0.010mass％ 및 REM: 0.001∼0.010mass％ 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상
C군: Cr: 0.01∼0.5mass％ 및 Cu: 0.01∼0.2mass％ 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 스테이터 코어재의 철손 W_10/400(W/㎏)이, 판두께 t(㎜)와의 관계에서, 하기 (1)식을 충족하는 것을 특징으로 하는 모터 코어.
W_10/400≤10＋25t ···(1)